(57)【要約】【課題】従来のベルト伝動機構では、バックラッシが小さいことにより、高速回転時の伝動効率の低下や騒音の発生が問題となっていた。【解決手段】本発明のベルト伝動機構１は、小プーリ３と、小プーリ３に形成される小プーリ歯２ａと、大プーリ５と、大プーリ５に形成される大プーリ歯５ａと、両プーリ間に掛け巻かれるベルト７と、このベルト７に所定のピッチで形成されるベルト歯７とを備え、さらに、ベルト７と、大プーリ５又は小プーリ３とが噛み合った状態で、両者の間に隙間９を形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１プーリと、前記第１プーリに形成される第１プーリ歯と、第２プーリと、前記第２プーリに形成される第２プーリ歯と、前記第１プーリ及び前記第２プーリの間に掛け巻かれるベルトと、前記第１プーリ歯及び前記第２プーリ歯に噛み合うように、前記ベルトに所定のピッチで形成されるベルト歯とを備えるベルト伝動機構であって、
前記ベルトと、前記第１プーリ又は前記第２プーリとが噛み合った状態で、両者の間に隙間を形成することを特徴とするベルト伝動機構。
【請求項２】
請求項１に記載のベルト伝動機構において、前記隙間は、前記第１プーリ歯又は前記第２プーリ歯の少なくとも一方の歯底と、前記ベルト歯の歯先との間に形成されることを特徴とするベルト伝動機構。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のベルト伝動機構において、前記ベルト歯の歯底から歯先までの距離が、前記第１プーリ歯又は前記第２プーリ歯の少なくとも一方の歯底から歯先までの距離より小さいことを特徴とするベルト伝動機構。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか一項に記載のベルト伝動機構において、前記第１プーリは小プーリであり、前記第２プーリは大プーリであって、前記大プーリの歯のピッチは、前記ベルト歯のピッチの２倍以上の整数倍であることを特徴とするベルト伝動機構。
【請求項５】
モータと、一対の前輪と、前記モータの駆動力を前記前輪に伝動する前輪駆動機構と、一対の後輪と、前記モータの駆動力を前記後輪に伝動する後輪駆動機構とを備える四輪駆動式の模型自動車であって、
前記前輪駆動機構及び前記後輪駆動機構が、請求項１乃至４の何れか一項に記載のベルト伝動機構を含むことを特徴とする模型自動車。
【請求項６】
請求項５に記載の模型自動車において、
前輪駆動機構及び前記後輪駆動機構が対称となるように、前記模型自動車の車体内に前輪駆動機構及び前記後輪駆動機構を配置することを特徴とする模型自動車。
【請求項７】
請求項５に記載の模型自動車において、
前輪駆動機構及び前記後輪駆動機構が、それぞれ、同一の形状の、前記第１プーリと、前記第２プーリと、前記ベルトとを備えることを特徴とする模型自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＲＣカー（ラジオコントロールカー）等の模型自動車に用いるベルト伝動機構に関し、より詳細には、歯付きベルトと歯付きプーリとから構成されるベルト伝動機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
歯付きベルト伝動機構は、歯付きベルトと歯付きプーリとから構成される。このようなベルト伝動機構は、ベルト及びプーリの双方に設けられた歯の噛み合いにより動力が伝動されるため、滑りが無く比較的高速な伝動にも適し、小型化も可能であるため、一般産業機械や、事務用や家庭用の機器に広く使われている。
【０００３】
このようなベルト伝動機構は、例えば、インクジェットプリンタのプリントヘッドの走査に用いられている。プリントヘッドの走査は、印刷解像度の向上に伴い極めて高い位置決め精度が要求されている。したがって、プリントヘッドが正確な位置で停止するように、ベルト伝動機構の回転精度を高めるために、プーリとベルトとの噛み合いの際に、バックラッシ（ベルト歯とプーリ歯との間の隙間）を極限まで小さくすることが試みられてきた。
【０００４】
しかし、バックラッシを小さくすることで、プーリ間に掛け巻かれたベルトの回転位置を、高精度で制御できるものの、回転数を上げると噛み合いの際に、ベルト歯とプーリ歯との衝突が激しくなり駆動エネルギーが失われる。
【０００５】
そこで、特許文献１や２においては、大プーリと小プーリを含むベルト伝動機構において、大プーリ歯のピッチを、ベルト歯のピッチの２倍（１歯飛ばし）等にすることにより、大プーリ側でのベルト歯とプーリ歯との衝突の頻度を低下させて、低騒音化をはかっていた。なお、大プーリは、小プーリに比べて歯数が多いため、大プーリ側において、大プーリ歯とベルト歯との噛み合い数を減らしても十分な駆動力が伝動できる。
【０００６】
【特許文献１】実開昭６２−１２８２５８号公報
【特許文献２】特開２００３−２２２２２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１や２においては、確かに大プーリ側で十分な駆動力の伝動を行いつつ、ベルト歯とプーリ歯との衝突の頻度を低下させて、有る程度の伝動効率の向上や低騒音化をはかることが可能であったが、小プーリ側で十分な駆動力の伝動を行うためには、ベルト歯と噛み合う小プーリの歯数を減らすことはできず、小プーリ側における駆動力の伝動を効率化及び低騒音化は困難となっていた。
【０００８】
なお、ＲＣカー等の模型自動車には、従来からベルト伝動機構が使用されてきたが、このような模型自動車においては、インクジェットプリンタのように、低速駆動で精密にベルト回転位置を制御する必要は全く無く、むしろバックラッシが小さいことにより、高速回転時の伝動効率の低下が問題となっていた。
【０００９】
そこで、本発明は、高速回転数の場合でも、伝動効率の高く低騒音化された模型自動車に好適なベルト伝動機構を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上記課題を解決するものであって、請求項１に係る発明は、第１プーリと、前記第１プーリに形成される第１プーリ歯と、第２プーリと、前記第２プーリに形成される第２プーリ歯と、前記第１プーリ及び前記第２プーリの間に掛け巻かれるベルトと、前記第１プーリ歯及び前記第２プーリ歯に噛み合うように、前記ベルトに所定のピッチで形成されるベルト歯とを備えるベルト伝動機構であって、前記ベルトと、前記第１プーリ又は前記第２プーリとが噛み合った状態で、両者の間に隙間を形成することを特徴とするベルト伝動機構である。
【００１１】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のベルト伝動機構において、前記隙間は、前記第１プーリ歯又は前記第２プーリ歯の少なくとも一方の歯底と、前記ベルト歯の歯先との間に形成されることを特徴とするベルト伝動機構である。
【００１２】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載のベルト伝動機構において、前記ベルト歯の歯底から歯先までの距離が、前記第１プーリ歯又は前記第２プーリ歯の少なくとも一方の歯底から歯先までの距離より小さいことを特徴とするベルト伝動機構である。
【００１３】
請求項４に係る発明は、請求項１乃至３の何れか一項に記載のベルト伝動機構において、前記第１プーリは小プーリであり、前記第２プーリは大プーリであって、前記大プーリの歯のピッチは、前記ベルト歯のピッチの２倍以上の整数倍であることを特徴とするベルト伝動機構である。
【００１４】
請求項５に係る発明は、モータと、一対の前輪と、前記モータの駆動力を前記前輪に伝動する前輪駆動機構と、一対の後輪と、前記モータの駆動力を前記後輪に伝動する後輪駆動機構とを備える四輪駆動式の模型自動車であって、前記前輪駆動機構及び前記後輪駆動機構が、請求項１乃至４の何れか一項に記載のベルト伝動機構を含むことを特徴とする模型自動車である。
【００１５】
請求項６に係る発明は、請求項５に記載の模型自動車において、前輪駆動機構及び前記後輪駆動機構が対称となるように、前記模型自動車の車体内に前輪駆動機構及び前記後輪駆動機構を配置することを特徴とする模型自動車である。
【００１６】
請求項７に係る発明は、請求項５に記載の模型自動車において、前輪駆動機構及び前記後輪駆動機構が、それぞれ、同一の形状の、前記第１プーリと、前記第２プーリと、前記ベルトとを備えることを特徴とする模型自動車である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の請求項１に記載のベルト伝動機構によれば、高速回転数の場合でも、伝動効率の高く低騒音化された模型自動車に好適なベルト伝動機構を提供することができる。
また、本発明の請求項５に記載の模型自動車によれば、２つのベルト伝動機構を用いて、高速回転させた場合でも、両ベルト駆動機構の動作に差違が生じず、異常振動等の発生を効果的に抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明のベルト伝動機構の各実施の形態を、図１〜図７を用いて説明する。なお、各図において、同一部分には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００１９】
〔第１の実施形態〕
図１は、本発明の本発明の第１の実施形態の前提となるベルト伝動機構の構成図である。このベルト伝動機構１は、小プーリ３と、大プーリ５と、歯付きベルト７（タイミングベルト）とから構成されている。小プーリ３の回転中心には小プーリ開口部３ｂが設けられ、小プーリ開口部３ｂには、後述の中央回転軸１５が収容される。小プーリ３は、モータによって駆動されて、歯付きベルト７を回転するため、小プーリ３が原動プーリとなる。
【００２０】
大プーリ５の回転中心には大プーリ開口部５ｂが設けられ、大プーリ開口部５ｂには、後述の回転軸２９や３９が収容される。大プーリ５は、歯付きベルト７によって回転されるため従動プーリとなる。また、小プーリ３と大プーリ５とは所定の間隔を離して配置され、これらの間には、環状の歯付きベルト７が掛け巻かれる。
【００２１】
歯付きベルト７の内面側には、ベルト歯７ａが一定のピッチＰ０で連続的に配置されており、ベルト歯７ａは、図２に示すように大プーリ歯５ａ（小プーリ歯３ａ）と噛み合う。なお、大プーリ歯５ａや小プーリ歯３ａは、各プーリの円周方向に連続して一定のピッチで形成されている。これによって、モータの回転が、減速機構（図示しない）を介して小プーリ３に伝達され、小プーリ３の回転がベルト７を介して大プーリ５に伝達され、大プーリ５の開口部５ｂに配置される回転軸を回転させる。なお、図示していないが、ベルト伝動機構１には、両プーリの間隔を調整してベルトの張力を調整する張力調整用のコマを備えている。
【００２２】
図２は、ベルト歯７と大プーリ歯５ａ（小プーリ歯３ａ）との間の噛み合いの状態を示す拡大図である。ベルト歯７ａ及び各プーリ歯の曲面形状は、両者が滑らかに噛み合うように、インボリュート曲線で形成されている。しかし、本発明が適用されるＲＣカーの駆動機構においては、ベルト伝動機構１の回転位置決めの正確性よりも駆動効率の向上が必要であるため、図２に示すように、ベルト歯７ａの歯先（先端部）と、プーリ歯間の歯底（底部）との間に、隙間９を形成している。この隙間９は、ベルト歯の底からその歯先までの距離Ｄ１を、ベルト歯の底からプーリ歯の歯底（谷底）までの高さＤ２よりも小さくすることにより、形成することができる。図２に示すように、ベルト歯７ａの歯先７ｃは、プーリの歯底５ｃ（３ｃ）に接触しない。具体的には、Ｄ２に対して、Ｄ１を２〜８％程度小さく、好ましくは、図２に示したように４％程度小さくすることができる。また、ベルト７と、各プーリ５（３）とは、上記隙間９から離れるにつれてなだらかに接近し、ベルト歯７の中腹では、ベルト歯７ａと各プーリ歯５ａ（３ａ）とが当接する。
【００２３】
上述のプーリ歯３ａ（５ａ）やベルト歯７ａの歯形は、本実施形態では、インボリュート曲線で形成されたものとしたが、これらの歯形は、インボリュート曲線に限定されず、丸歯形や台形の歯形を用いても良い。
【００２４】
図３は、大プーリ５の要部拡大図であり、第１の実施形態に係る大プーリ歯５ａのピッチを示している。この大プーリ歯５ａの通常のピッチＰ０は、ベルト歯のピッチと等しく形成されている。
【００２５】
〔第２の実施形態〕
第２の実施形態は、第１の実施形態の構成を前提として、大プーリ歯５ａを、１つおきに取り除いたような形状、即ち、１歯飛ばしで形成したものである。
【００２６】
図４は、大プーリ５’の要部拡大図であり、第２の実施形態に係る大プーリ歯５’ａのピッチを示している。この大プーリ歯５’ａのピッチＰ１は、ベルト歯のピッチの二倍に形成されている。ピッチＰ１の大プーリ５’と、ピッチＰ０のベルト７とが噛み合った状態では、隣り合う２つのベルト歯７ａが、一対の大プーリ歯５’ａの間に収容される。
【００２７】
なお、駆動力の伝動が十分に確保できれば、大プーリ５に関して、１歯飛ばしに限らず、それ以上、例えば２歯飛ばし等にすることもできる。換言すれば、ベルト歯７ａのピッチＰ０に対し、ｎ倍（ｎは２以上の正数）のピッチＰｎで大プーリ歯５ａを配置することもできる。
【００２８】
このように１歯飛ばしを採用することにより、大プーリ５と歯付きベルト７との間の累積ピッチ誤差を小さくして、噛み合いを良好にできる。
【００２９】
〔第３の実施形態〕
第３の実施形態は、上記第１の実施形態や第２の実施形態で提案したベルト伝動機構を四輪駆動のＲＣカーに適用したものである。以下の図５や図６においては、ＲＣカーの車体やデフギヤ等の足回り等は、図示を省略している。
【００３０】
図５は、第３の実施形態に用いるベルト伝動機構の概略側面図である。図５に示すように、本実施の形態は、後輪ベルト伝動機構２１と、前輪ベルト伝動機構３１とを備えている。後輪ベルト伝動機構２１と、前輪ベルト伝動機構３１とは、同一形状の部品を同一に配置して形成されており、第１の実施形態や第２の実施形態で提案したベルト伝動機構を用いる。
【００３１】
図６は、図５のベルト伝動機構の概略上面図である。図６において、右側を車体前方とし、左側を車体の後方とする。波線Ｃは、車体の前後方向における中心線を示す。モータ１０の回転軸には第１歯車１１が取り付けられており、第１歯車は、その側面に配設される第２歯車と噛み合う。第２歯車１３によってモータ１０の回転が減速される。第２歯車１３には中央回転軸１５の一端が取り付けられており、中央回転軸１５の他端には、後小プーリ２３及び前小プーリ３３が取り付けられている。
【００３２】
後輪ベルト伝動機構２１は、後小プーリ２３と、後大プーリ２５と、後小プーリ２３及び後大プーリ２５の間に掛け巻きされた後ベルト２７と、後大プーリ２５の回転中心の開口部に取り付けられた後回転軸２９とから構成される。なお、後回転軸２９の両端には、デフギヤを介して一対の後輪が取り付けられる。そして、後小プーリ２３の回転は、後ベルト２７を介して後大プーリ２５に伝達され、後大プーリ２５の回転中心の開口部に取り付けられた後回転軸２９に伝達され、後輪が回転する。
【００３３】
同様に、前輪ベルト伝動機構３１は、前小プーリ３３と、前大プーリ３５と、前小プーリ３３及び前大プーリ３５の間に掛け巻きされた前ベルト３７と、前大プーリ３５の回転中心の開口部に取り付けられた前回転軸３９とから構成される。なお、前回転軸３９の両端には、デフギヤを介して一対の前輪が取り付けられる。そして、前小プーリ３３の回転は、前ベルト３７を介して前大プーリ３５に伝達され、前大プーリ３５の回転中心の開口部に取り付けられた前回転軸３９に伝達され、前輪が回転する。
【００３４】
なお、第３の実施形態に係るベルト伝動機構を、ＲＣカーに適用する場合には、モータを車体の中央部に配置し、前ベルト駆動機構と後ベルト駆動機構とを車体の前後方向の中心線Ｃに沿って、車体中心点（中心線Ｃの中央に示す点）に対して点対称に配置する。なお、モータ１０に対して中心線Ｃの反対側に電池等の重量物（図示しない）を車体内に配置して、モータとのバランスを取る。
【００３５】
このような配置のベルト駆動機構において、両ベルトを高速で駆動させると、両ベルトが伸びるが、両ベルトの伸びがほぼ同じ割合になって、前後の駆動機構で動力伝達に差異が生じず、振動等の発生を防止できる。なお、このように対称に配置されていない場合、例えば、ベルトの長さが異なる場合には、高速駆動時にベルトの伸びが異なるため、前後で噛み合い状態に差異が生じて、伝動バランスが崩れて異常振動等が発生する。
【００３６】
第３の実施の形態では、本発明のベルト伝動機構を模型自動車に適用した場合を説明したが、本発明は模型自動車への適用に限定されず、厳密な回転位置決め精度が必要とされない全ての動力伝達機構に適用することが可能である。
【００３７】
上記各実施形態では、大プーリと小プーリとを用いたベルト伝動機構を説明したが、両プーリの大きさが同一のベルト伝動機構を用いても良い。この場合には、両方のプーリで１歯飛ばしを適用することができる。
【実施例】
【００３８】
上記第２の実施形態で説明したベルト伝動機構による駆動効率の向上を示す実施例を以下説明する。本実施例では、ゲイツ・ユニッタ・アジア株式会社製の３．０ｍｍ幅で周長５０１ｍｍの歯付きベルトを用いた。なお、この歯付きベルトは、グラスファイバコードを背ゴムの心線に用いて補強され、インボリュート曲線の歯形を有する。また、背ゴムの芯線には、アラミドコードを用いたものも使用できる。大プーリは、１歯飛ばしのものを用い、小プーリは通常のものを用いた。
【００３９】
ベルトのテンション、デフギヤ回転数（モータ回転数に比例）、をそれぞれ変更した場合に、モータの消費電流（Ａ）（即ち、駆動効率に対応）がどのように変化するかを検証した。その結果を表１、及び図７のグラフに示す。
【００４０】
【表１】
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【００４１】
なお、一般産業機械における歯付きベルトの使用では、テンションを高めてピンと張った状態で使用するが、表１に示すように、本実施例では、ベルトのテンションを緩く張って使う（テンション値は大きい方が緩いことを表す）。これは、位置決め精度が必要でないＲＣカーに適用した場合に特有のものである。なお、表１に示すテンションの単位は、ミリメートルであり、これはベルトのたるみ量の実測値を示している。また、表１におけるＰＯＳＩＴＩＯＮは、コマ位置を示しており、このコマ位置を調整することにより、両プーリの回転軸間の距離が調整される。表１では、標準のコマ位置を±０で表し、コマ位置をマイナスにすればテンション値は大きくなって、ベルトがより弛んだ状態（表左側）になる。一方、コマ位置をプラスにすればテンション値は小さくなって、ベルトがより張った状態（表右側）になる。
【００４２】
表１や図７から明らかなように、テンションが低いと、テンションが高い場合に比べて、回転数を上げても電流値の上昇はなだらかであり、高回転数領域で駆動効率が向上していることが解る。なお、データを示していないが、モータを７０００ｒｐｍ程度で高速で回転させると、ベルトが伸び、噛み合いが不正になるが、大プーリの歯を一歯飛ばしにしているため、大プーリ側での噛み合い箇所が減り、荒く噛み合うことにより、不正な噛み合いが補正される。
【００４３】
また、大プーリ歯５ａ及び小プーリ歯３ａの歯底と、ベルト歯７ａの歯先との間に、隙間９が形成されているため、両者の衝突が回避され、衝突によるエネルギーの損失がなくなって、駆動効率が向上している。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の前提となるベルト伝動機構の構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態のベルト伝動機構におけるベルトとプーリとの噛み合いを示す拡大図である。
【図３】本発明の第１の実施形態のベルト伝動機構におけるプーリ歯のピッチを示す拡大図である。
【図４】本発明の第２の実施形態のベルト伝動機構におけるプーリ歯のピッチを示す拡大図である。
【図５】本発明の第３の実施形態のベルト伝動機構の側面構成図である。
【図６】本発明の第３の実施形態のベルト伝動機構の上面構成図である。
【図７】本発明の実施例による消費電流特性を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１    ベルト伝動機構
３    小プーリ
３ａ  小プーリ歯
３ｂ  小プーリ開口部
３ｃ  小プーリ歯底
５    大プーリ
５ａ  大プーリ歯
５ｂ  大プーリ開口部
５ｃ  大プーリ歯底
７    歯付きベルト
７ａ  ベルト歯
９    隙間（バックラッシ）
１０    モータ
１１    第１歯車
１３    第２歯車
１５    中央回転軸
２１    後伝動機構
２３    後小プーリ
２５    後大プーリ
２７    後ベルト
２９    前回転軸
３１    前伝動機構
３３    前小プーリ
３５    前大プーリ
３７    前ベルト
３９    前回転軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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